JP2008539710A - Thermophilic microorganism with inactivated lactate dehydrogenase (LDH) gene for ethanol production - Google Patents
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Abstract
野生型微生物の乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を不活性化するように改変された突然変異好熱性微生物が製造される。当該突然変異微生物は、エタノール生産において使用され、C3、C5又はC6糖を基質として利用する。A mutant thermophilic microorganism is produced that has been modified to inactivate the lactate dehydrogenase gene of the wild-type microorganism. The mutant microorganism is used in ethanol production and utilizes a C 3 , C 5 or C 6 sugar as a substrate.
Description
本発明は、細菌発酵産物としてのエタノール生産に関する。特に、本発明は好熱細菌によるエタノール生産に関する。 The present invention relates to ethanol production as a bacterial fermentation product. In particular, the present invention relates to ethanol production by thermophilic bacteria.
細菌の代謝は、細菌の種及び環境条件に依存して様々な異なるメカニズムを通して起こりうる。全ての病原菌を含む従属栄養細菌は、有機化合物の酸化からエネルギーを獲得し、最も一般的に、炭水化物(特にグルコース)、脂質、及びタンパク質が酸化される化合物である。細菌によるこれらの有機化合物の生体酸化は、化学エネルギー源としてATPの合成をもたらす。当該過程はまた、生体合成反応用の細菌細胞により必要とされるより単純な有機化合物の生成を可能にする。細菌が適切な基質を代謝することによる一般的な方法は、解糖であり、解糖はグルコースをピルビン酸へと変換してATPの生成をもたらす一連の反応である。代謝エネルギーの生成においてピルビン酸の運命は、細菌及び周囲条件に依存して変化する。ピルビン酸の三つの主な反応が存在する。 Bacterial metabolism can occur through a variety of different mechanisms, depending on the bacterial species and environmental conditions. Heterotrophic bacteria, including all pathogens, are compounds that gain energy from the oxidation of organic compounds and most commonly oxidize carbohydrates (especially glucose), lipids, and proteins. Biooxidation of these organic compounds by bacteria results in the synthesis of ATP as a source of chemical energy. The process also allows for the production of simpler organic compounds that are required by bacterial cells for biosynthetic reactions. A common method by which the bacteria metabolize the appropriate substrate is glycolysis, which is a series of reactions that convert glucose to pyruvate resulting in the production of ATP. In producing metabolic energy, the fate of pyruvate varies depending on bacteria and ambient conditions. There are three main reactions of pyruvic acid.
第一に、好気条件下では、多くの微生物は、クエン酸回路を用いてエネルギーを生成し、そしてピルビン酸のアセチル補酵素Aへの変換は、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)により触媒される。 First, under aerobic conditions, many microorganisms use the citrate cycle to generate energy, and the conversion of pyruvate to acetyl coenzyme A is catalyzed by pyruvate dehydrogenase (PDH).
第二に、嫌気条件下では、エタノール生産生物は、ピルビン酸デカルボキシラーゼにより触媒されるピルビン酸のアセトアルデヒドへの脱炭酸、そして続いて、アルコールデヒドロゲナーゼにより触媒されるNADHによるアセトアルデヒドのエタノールへの還元によって、アルコール発酵を行うことができる。 Second, under anaerobic conditions, ethanol producing organisms can be obtained by decarboxylation of pyruvate to acetaldehyde catalyzed by pyruvate decarboxylase, followed by reduction of acetaldehyde to ethanol by NADH catalyzed by alcohol dehydrogenase. Alcohol fermentation can be performed.
第三に、乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)による触媒反応を通して生じるピルビン酸の乳酸への変換である。 Third, the conversion of pyruvate to lactic acid, which occurs through a catalytic reaction with lactate dehydrogenase (LDH).
天然に嫌気発酵を行うか、又はピルビン酸デカルボキシラーゼ及びアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子を取り込んだ組換え微生物の使用を通して嫌気発酵を行ういずれかの微生物を用いてエタノールを生産するために微生物を使用することにかなりの関心がある。これらの微生物を用いてエタノール生産することにいくらか成功したが、特に微生物が低レベルのエタノール抵抗性しか有さない場合、高濃度のエタノールによって発酵にしばしば障害が生じる。 Considerable to use microorganisms to produce ethanol using either microorganisms that naturally undergo anaerobic fermentation or that perform anaerobic fermentation through the use of recombinant microorganisms incorporating the pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase genes Is interested in. Although some success has been achieved in producing ethanol using these microorganisms, fermentation is often hampered by high concentrations of ethanol, especially if the microorganisms have only a low level of ethanol resistance.
好熱性細菌はエタノール生産に推奨されており、そして好熱性細菌の使用は、高温で発酵が行われうるという利点を有する。高温での発酵は、産生されたエタノールが50℃より高い温度において蒸気として取り除かれることを可能にする。これは、高い糖濃度を用いて発酵を行うことを可能にする。しかしながら、エタノールを効率よく産生できる適切な好熱性細菌を発見することが問題である。 Thermophilic bacteria are recommended for ethanol production, and the use of thermophilic bacteria has the advantage that fermentation can occur at high temperatures. High temperature fermentation allows the ethanol produced to be removed as steam at temperatures above 50 ° C. This makes it possible to carry out fermentation using high sugar concentrations. However, finding a suitable thermophilic bacterium that can efficiently produce ethanol is a problem.
WO01/49865号は、ピルビン酸デカルボキシラーゼをコードする異種遺伝子で形質転換され、かつ野生型のアルコールデヒドロゲナーゼ機能を有するエタノール生産用のグラム陽性細菌を開示する。細菌は、好熱性バチルスであり、そして当該細菌は、トランスポゾン挿入を用いて、乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を不活性化することにより改変されうる。WO01/49865号に開示される細菌は、すべてバチルスLLD-R株、つまり培養から自然発生的に生じる胞子形成欠損株に由来し、そしてここでldh遺伝子は、自然発生突然変異により又は化学的突然変異誘導により不活性化された。LN株及びTN株が、LLD−R株の改変された誘導株として開示される。しかしながら、全ての株は、HaeIII型制限システムを含み、これは、プラスミド形質転換を妨げ、その結果、非メチル化DNA内への形質転換を妨げる。 WO01 / 49865 discloses a gram positive bacterium for ethanol production transformed with a heterologous gene encoding pyruvate decarboxylase and having wild type alcohol dehydrogenase function. The bacterium is a thermophilic Bacillus and the bacterium can be modified by inactivating the lactate dehydrogenase gene using transposon insertion. The bacteria disclosed in WO01 / 49865 are all derived from a Bacillus LLD-R strain, ie a sporulation-deficient strain that occurs spontaneously from culture, where the ldh gene is either spontaneously generated or chemically abrupt. Inactivated by mutagenesis. LN and TN strains are disclosed as modified derivatives of the LLD-R strain. However, all strains contain a Hae type III restriction system, which prevents plasmid transformation and consequently, transformation into unmethylated DNA.
WO01/85966は、制限問題を克服するために、in vivoメチル化により調製される微生物を開示する。これは、ヘモフィルス・アエジプチウス(Haemophilus aegyptius)由来のHaeIIIメチルトランスフェラーゼを、LLD-R、LN、及びTN株へと形質転換することを必要とする。しかしながら、LLD-R、LN、及びTN株は、不安定な突然変異であり、そして、特に低pH及び高い糖濃度において、乳酸産生野生型株へと自然発生的に戻る。これにより、発酵産物がエタノールから乳酸へと変化し、当該株はエタノール生産に適さなくなる。 WO01 / 85966 discloses microorganisms prepared by in vivo methylation to overcome the limitation problem. This requires transforming HaeIII methyltransferase from Haemophilus aegyptius into LLD-R, LN, and TN strains. However, the LLD-R, LN, and TN strains are unstable mutations and spontaneously return to lactic acid producing wild type strains, especially at low pH and high sugar concentrations. This changes the fermentation product from ethanol to lactic acid, making the strain unsuitable for ethanol production.
WO02/29030は、LLD-R及びその誘導株が、ldh遺伝子のコード領域において天然の挿入エレメント(IE)を含むということを開示する。IEのldh遺伝子への(そして当該遺伝子からの)転移、及びそれに続く遺伝子不活性化は不安定であり、復帰が生じる。これについての提案される解決法は、プラスミドDNAをIE配列に組込むことであった。 WO02 / 29030 discloses that LLD-R and its derivatives contain a natural insertion element (IE) in the coding region of the ldh gene. Transfer of IE to the ldh gene (and from that gene) and subsequent gene inactivation is unstable and reversion occurs. The proposed solution for this was to incorporate plasmid DNA into the IE sequence.
その結果、当該技術分野において、エタノール生産用の微生物の生産は、実験室で生産された化学的に突然変異を誘導されたバチルス微生物を改変すること、これらの微生物をin vivoメチル化方法で処理すること、そしてさらに、プラスミドDNAをIE配列へと組込むように当該微生物を改変することに依存している。当該方法は複雑であり、不確かであり、そして当該株がどのように使用できるかについての調節の問題がある。 As a result, in the art, the production of microorganisms for ethanol production involves modifying laboratory-produced chemically mutated Bacillus microorganisms and treating these microorganisms with in vivo methylation methods. And further relies on modifying the microorganism to incorporate plasmid DNA into the IE sequence. The method is complex, uncertain and there are regulatory issues as to how the strain can be used.
その結果、エタノール生産用の改良微生物についての必要性が存在する。 As a result, there is a need for improved microorganisms for ethanol production.
本発明の第一態様では、好熱性微生物は、高いエタノール生産を可能にするように改変され、この改変は、野生型好熱性微生物の乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子の不活性化である。 In the first aspect of the invention, the thermophilic microorganism is modified to allow high ethanol production, the modification being an inactivation of the lactate dehydrogenase gene of a wild type thermophilic microorganism.
本発明の第二態様では、微生物は、NCIMB寄託番号41275号として寄託された微生物である。 In a second aspect of the invention, the microorganism is the microorganism deposited under NCIMB Deposit No. 41275.
本発明の第三態様では、エタノール生産用の方法は、C3、C5、又はC6糖の存在する適切な条件下で、上で与えられた定義に従った微生物を培養することを含む。 In a third aspect of the invention, the method for ethanol production comprises culturing a microorganism according to the definition given above under suitable conditions in the presence of a C 3 , C 5 , or C 6 sugar. .
本発明の第四態様では、プラスミドは、(NCIMB寄託番号第41276号として寄託された)pUB190-ldhとして本明細書に定義されるプラスミドである。
本発明の第五態様では、好熱性微生物は、本明細書中でpUB190として定義されるプラスミドを含む(図4)。
In a fourth aspect of the invention, the plasmid is a plasmid as defined herein as pUB190-ldh (deposited as NCIMB Deposit No. 41276).
In a fifth aspect of the invention, the thermophilic microorganism comprises a plasmid defined herein as pUB190 (FIG. 4).
本発明は、乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子の発現を妨げるために、野生型好熱性微生物を改変することに基づく。
乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を不活性化することは、ピルビン酸を乳酸へと分解することを妨げるために役立ち、その結果、(適切な条件下で)ピルビン酸デカルボキシラーゼとアルコールデヒドロゲナーゼを用いてピルビン酸をエタノールへと分解することを促進する。乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子が、当該遺伝子中における欠失又は当該遺伝子の欠失により妨げられる場合が好ましい。
The present invention is based on modifying wild type thermophilic microorganisms to prevent the expression of lactate dehydrogenase gene.
Inactivating the lactate dehydrogenase gene helps prevent the degradation of pyruvate into lactate, and as a result (under appropriate conditions) pyruvate is ethanolized using pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase. To break down into Preferably, the lactate dehydrogenase gene is hindered by a deletion in the gene or a deletion of the gene.
野生型の微生物は、任意の好熱性微生物であってもよいが、当該微生物がバチルスspp.の微生物である場合が好ましい。特に、当該微生物が、ゲオバチルス種、特にゲオバチルス サーモグルコシダシス(Geobacillus thermoglucosidasius)である場合が好ましい。 The wild-type microorganism may be any thermophilic microorganism, but is preferably a microorganism of Bacillus spp. In particular, it is preferable that the microorganism is a Geobacillus species, in particular, Geobacillus thermoglucosidasius.
改変用に選択された微生物は、「野生型」と呼ばれており、つまり、当該微生物は、実験室で生産された突然変異体ではない。微生物は、好熱菌を含むと予測される環境サンプルから単離されてもよい。単離された野生型微生物は、エタノールを生産する能力を有するが、改変されていないと、乳酸が主要な発酵産物となるようである。単離株は、高温でヘキソース及び/又はペントース糖、並びにそれらのオリゴマー上での増殖能力について選択される。 The microorganism selected for modification is referred to as “wild type”, that is, the microorganism is not a mutant produced in the laboratory. Microorganisms may be isolated from environmental samples that are predicted to contain thermophiles. Isolated wild-type microorganisms have the ability to produce ethanol, but if not modified, lactic acid appears to be the major fermentation product. Isolates are selected for their ability to grow on hexose and / or pentose sugars and their oligomers at elevated temperatures.
本発明の微生物を発酵過程において使用することを可能にするある望ましい特性を、当該微生物が有するということが好ましい。当該微生物は、好ましくは、制限系を有すべきではなく、それによりin vivoメチル化についての必要性を避ける。さらに、当該微生物は、少なくとも3%エタノールで安定であるべきであり、そして基質として、セルビオース及びスターチを含むC3、C5、及びC6糖(またはそれらのオリゴマー)を利用する能力を有するべきである。当該微生物が高頻度で形質転換可能である場合が好ましい。さらに、当該微生物は、0.3h-1及びそれより高い希釈割合を支える連続培養における増殖割合(典型的に0.3OD600)を有するべきである。 It is preferred that the microorganism has certain desirable properties that allow it to be used in the fermentation process. The microorganism should preferably not have a restriction system, thereby avoiding the need for in vivo methylation. In addition, the microorganism should be stable with at least 3% ethanol and should have the ability to utilize C 3 , C 5 , and C 6 sugars (or oligomers thereof) including cellobiose and starch as substrates. It is. It is preferable that the microorganism can be transformed with high frequency. In addition, the microorganism should have a growth rate in continuous culture (typically 0.3 OD 600 ) that supports a dilution rate of 0.3 h −1 and higher.
当該微生物は好熱性であり、そして40℃〜85℃の温度範囲で増殖する。好ましくは、当該微生物は、50℃〜70℃の温度範囲で増殖する。さらに、当該微生物が、pH7.2以下の条件、特にpH6.9〜pH4.5の条件で増殖する。 The microorganism is thermophilic and grows in the temperature range of 40 ° C to 85 ° C. Preferably, the microorganism grows in a temperature range of 50 ° C to 70 ° C. Further, the microorganism grows under conditions of pH 7.2 or lower, particularly conditions of pH 6.9 to pH 4.5.
当該微生物は胞子形成体であってもよいし、又は胞子形成できなくともよい。発酵過程の成功は、必ずしも微生物の胞子形成能に依存することはないが、特定の状況では、発酵過程の最後において当該微生物を動物飼料として使用することが望まれる場合、胞子形成菌を用いることが好ましい。これは、動物飼料として使用される場合に、胞子形成菌が良好な免疫刺激を提供するという能力のためである。胞子形成微生物はまた、発酵の間に胞子形成を開始する能力を有し、その結果遠心を必要とすることなく単離できる。したがって、微生物は、複雑又は高価な分離方法を必要とすることなく、動物飼料に使用できる。 The microorganism may be a spore former or may not be able to sporulate. The success of the fermentation process does not necessarily depend on the ability of the microorganism to sporulate, but in certain circumstances, if it is desired to use the microorganism as an animal feed at the end of the fermentation process, use spore-forming bacteria. Is preferred. This is due to the ability of spore-forming bacteria to provide good immune stimulation when used as animal feed. Sporulating microorganisms also have the ability to initiate sporulation during fermentation so that they can be isolated without the need for centrifugation. Thus, microorganisms can be used in animal feed without the need for complicated or expensive separation methods.
乳酸デヒドロゲナーゼの核酸配列が現在知られている。当該配列を用いて、当業者は、乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を標的として、様々なメカニズムを介して当該遺伝子の不活性化を達成することができる。乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子が、トランスポゾンの挿入により、又は好ましくは、遺伝子配列、又は遺伝子配列の一部が欠失することにより不活性化される場合が好ましい。欠失が好ましい。なぜなら、欠失は、遺伝子配列の再活性化についての問題を避けることができ、この問題はトランスポゾンによる不活性化が使用される場合にしばしば生じるからである。好ましい実施態様では、乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子は、温度感受性プラスミド(プラスミドpUB190-ldh)の組込みにより不活性化され、当該プラスミドは、プラスミドと微生物染色体との自然の相同組換え又は組込みを達成する。染色体組込み体は、抗菌剤(例えばカナマイシン)への組込み体の抵抗性に基づいて選択できる。乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子への組込みは、一重交差相同組換え(single crossover recombinant)又は二重(又はそれより多くの)交差組換え(double (or more) cross recombinant)により生じてもよい。 The nucleic acid sequence of lactate dehydrogenase is currently known. Using the sequence, one skilled in the art can target the lactate dehydrogenase gene to achieve inactivation of the gene through various mechanisms. It is preferred that the lactate dehydrogenase gene is inactivated by insertion of a transposon, or preferably by deletion of the gene sequence or part of the gene sequence. Deletions are preferred. This is because deletion can avoid problems with gene sequence reactivation, which often occurs when transposon inactivation is used. In a preferred embodiment, the lactate dehydrogenase gene is inactivated by integration of a temperature sensitive plasmid (plasmid pUB190-ldh), which achieves natural homologous recombination or integration between the plasmid and the microbial chromosome. Chromosomal integrants can be selected based on the resistance of the integrant to an antimicrobial agent (eg, kanamycin). Integration into the lactate dehydrogenase gene may occur by single crossover recombinant or double (or more) cross recombination.
好ましい実施態様では、微生物は、異種アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子及び異種ピルビン酸デカルボキシラーゼ遺伝子を含む。これらの異種遺伝子の発現は、エタノールが主な発酵産物となるように代謝を仕向ける酵素群の生産をもたらす。これらの遺伝子は、典型的に嫌気発酵をもたらす微生物、例えば、ジモモナス種(zymomonnas species)、例えばジモモナス モビリス(zymomonas mobilis)から得られてもよい。 In a preferred embodiment, the microorganism comprises a heterologous alcohol dehydrogenase gene and a heterologous pyruvate decarboxylase gene. The expression of these heterologous genes results in the production of enzymes that direct metabolism so that ethanol is the main fermentation product. These genes may be obtained from microorganisms that typically lead to anaerobic fermentation, such as zymomonnas species, such as zymomonas mobilis.
これらの遺伝子を微生物へと取り込ませる方法が知られており、例えば、Ingramら、Biotech & BioEng, 1998; 58 (2+3): 204-214及びUS5916787に知られており、これらの内容は、本明細書に援用される。遺伝子は、当業者により認められるように、プラスミド中に導入されてもよいし、又は、染色体中に組込まれてもよい。 Methods for incorporating these genes into microorganisms are known, for example, Ingram et al., Biotech & BioEng, 1998; 58 (2 + 3): 204-214 and US5916787, the contents of which are Incorporated herein by reference. The gene may be introduced into a plasmid or may be integrated into the chromosome, as will be appreciated by those skilled in the art.
本発明の微生物は、選択された好熱性微生物にしたがって、慣用される培地条件下で培養されてもよい。基質、温度、pH、及びほかの増殖条件の選択は、既知の培地要件に基づいて選択できる。例えば、WO01/49865及びWO01/85966を参照のこと。それぞれの内容は、本明細書に援用される。 The microorganisms of the present invention may be cultured under conventional medium conditions according to the selected thermophilic microorganism. The choice of substrate, temperature, pH, and other growth conditions can be selected based on known media requirements. See, for example, WO01 / 49865 and WO01 / 85966. The contents of each are incorporated herein.
本発明は、一例として、添付の図面を参照して以下の実施例に記載される。 The invention will now be described by way of example in the following examples with reference to the accompanying drawings.
LDH遺伝子の不活性化
実施例1-一重交差突然変異誘導
LDHノックアウトベクターの開発
約800bpのldh遺伝子断片の一部を、HindIII及びXbaIを用いて温度感受性デリバリーベクターpUB190(配列番号1)にサブクローニングして、7.7kbのpUB190-ldhプラスミド(図4及び配列番号2)を得た。pUB190プラスミドは、以下に記載されるようにNCIMBに寄託された。10個の推定の大腸菌JM109(pUB190-ldh)形質転換体を制限酵素分析により確認し、そして2個の培養物を用いて形質転換用のプラスミドDNAを得た。pUB190ldhをHindIII及びXbaIで切断することにより、予期されたldh断片が放出される。
Inactivation of LDH gene
Example 1- Development of Single Cross Mutagenesis LDH Knockout Vector A portion of the approximately 800 bp ldh gene fragment was subcloned into the temperature sensitive delivery vector pUB190 (SEQ ID NO: 1) using HindIII and XbaI to yield a 7.7 kb The pUB190-ldh plasmid (Figure 4 and SEQ ID NO: 2) was obtained. The pUB190 plasmid has been deposited with NCIMB as described below. Ten putative E. coli JM109 (pUB190-ldh) transformants were confirmed by restriction enzyme analysis, and two cultures were used to obtain plasmid DNA for transformation. Cleavage of pUB190ldh with HindIII and XbaI releases the expected ldh fragment.
ゲオバチルス サーモグルコシダシウス(Geobacillus thermoglucosidasius)11955をpUB190-ldhで形質転換した
カナマイシン選別を用いて、54℃で24〜48時間後に、3個全ての被験プラスミドを有する形質転換体を得た。ldh形質転換体を、ゲオバチルス サーモグルコシダシス(Gt)11955から単離し、そしてHindIII及びXbaIを用いて制限酵素分析により確かめた。
Using a kanamycin screen in which Geobacillus thermoglucosidasius 11955 was transformed with pUB190-ldh, transformants having all three test plasmids were obtained after 24-48 hours at 54 ° C. ldh transformants were isolated from Geobacillus thermoglucosidosis (Gt) 11955 and verified by restriction enzyme analysis using HindIII and XbaI.
LDH遺伝子ノックアウト
温度感受性プラスミドを染色体上のldh遺伝子中に組込むことにより、遺伝子ノックアウトを行った。
プラスミドpUB190-ldhは、Gt11955において54℃で複製されるが、65℃では複製されなかった。選別を、カナマイシン(kan)(12μg/ml)を用いて維持した。次に増殖温度を65℃に増加させた(プラスミドはもはや複製されなかった)。自然の組替え又は組込みは、プラスミドと染色体との間で生じる。染色体への組込み体をカナマイシンに対する組込み体の抵抗性について選別した。相同配列がプラスミド上に存在するので、組込みがldh遺伝子に対してされる。ldh遺伝子への標的組込みは、一重交差組換えとして知られる方法により生じた。プラスミドは、ldh遺伝子に取込まれて、不活性ldh遺伝子をもたらす。タンデムの繰り返しは、数コピーのプラスミドが組み込まれる場合に生じうる。
Gene knockout was performed by integrating the LDH gene knockout temperature sensitive plasmid into the ldh gene on the chromosome.
Plasmid pUB190-ldh replicated at 54 ° C. on Gt11955 but not at 65 ° C. Sorting was maintained with kanamycin (kan) (12 μg / ml). The growth temperature was then increased to 65 ° C. (the plasmid was no longer replicated). Natural recombination or integration occurs between the plasmid and the chromosome. Chromosomal integrants were screened for resistance of the integrant to kanamycin. Since the homologous sequence is present on the plasmid, integration is made to the ldh gene. Targeted integration into the ldh gene occurred by a method known as single crossover recombination. The plasmid is incorporated into the ldh gene, resulting in an inactive ldh gene. Tandem repeats can occur when several copies of the plasmid are integrated.
方法論及び結果
2個の異なる方法が組込み体を得るために試みられた:
方法1:
4×50mlのTGP(kan)培養物を54℃で12〜18時間増殖させた。細胞を遠心によりペレット化し、そして1mlのTGPに懸濁する。懸濁液をTGP(kan)プレート上に撒き(5×200ml)そして一晩68℃でインキュベートした。組込み体を取り、そして新たなTGP(kan)プレート上の50平方グリッド上に撒き、そして68℃で一晩インキュベートした。
Methodology and results Two different methods have been attempted to obtain integrants:
Method 1:
4 × 50 ml TGP (kan) cultures were grown at 54 ° C. for 12-18 hours. Cells are pelleted by centrifugation and suspended in 1 ml TGP. The suspension was plated on TGP (kan) plates (5 × 200 ml) and incubated overnight at 68 ° C. The integrants were removed and plated on a 50 square grid on a new TGP (kan) plate and incubated overnight at 68 ° C.
方法2:1×50mlのTGP(km)培養物を54℃で12〜18時間増殖させた。1mlの培養物を用いて、50mlの新たなTGP(kan)培養物へと植菌し、当該培養物を68℃で12〜18時間増殖させた。次の日当該培養物を50mlの新たなTGP(kan)培養液上で前培養し、そして68℃でさらに12〜18時間増殖させた。培養物をTGP(Km)プレート上に撒き、そして68℃で一晩インキュベートした。プレート上でコンフルエントにまで増殖させた。単一のコロニーを、新たなTGP(kan)プレートの50平方グリッド上に撒き、そして一晩68℃でインキュベートした。 Method 2: 1 × 50 ml TGP (km) culture was grown at 54 ° C. for 12-18 hours. 1 ml culture was used to inoculate 50 ml new TGP (kan) culture and the culture was grown at 68 ° C. for 12-18 hours. The next day the culture was pre-cultured on 50 ml fresh TGP (kan) culture and grown at 68 ° C. for an additional 12-18 hours. Cultures were plated on TGP (Km) plates and incubated overnight at 68 ° C. Grow to confluence on the plate. Single colonies were plated on a 50 square grid of fresh TGP (kan) plates and incubated overnight at 68 ° C.
スクリーニング
推定の組込み体を、以下のアッセイを用いて、ldh遺伝子ノックアウトについてスクリーニングした。
1)プレート選別
68℃で、SAM2プレート(kanを伴う)上に数百の組込み体をレプリカプレートする。乳酸陰性細胞は、少ない酸しか産生せず、そして緩衝液を伴わない発酵培地中で野生型に対して増殖利得を有するであろう。
2)PCR選別
コロニーPCRを用いて、プラスミドがldh遺伝子中に組み込まれたかを決定する。組込み部位に隣接するプライマーを選択することにより、ldh遺伝子組込みが生じたかを決定することができる(インサートについてのPCR断片が増幅されない)。
3)乳酸アッセイ
このアッセイは、組込み体が、68℃でSAM2(kan)中で一晩増殖したときに、乳酸を産生するかを決定する。この培養上清を、乳酸決定用のSigma乳酸試薬を用いて乳酸濃度を試験した。乳酸陰性組込み体をさらに、PCRにより特徴決定し、そして発酵容器内での安定性について評価した。
Screening putative integrants were screened for ldh gene knockout using the following assay.
1) Plate sorting Replicate hundreds of integrants onto SAM2 plates (with kan) at 68 ° C. Lactic acid negative cells will produce less acid and will have a growth gain over wild type in fermentation media without buffer.
2) PCR selection Colony PCR is used to determine if the plasmid was integrated into the ldh gene. By selecting a primer adjacent to the integration site, it can be determined whether ldh gene integration has occurred (the PCR fragment for the insert is not amplified).
3) Lactate assay This assay determines whether integrants produce lactic acid when grown overnight in SAM2 (kan) at 68 ° C. The culture supernatant was tested for lactic acid concentration using Sigma lactic acid reagent for lactic acid determination. Lactic acid negative integrants were further characterized by PCR and evaluated for stability in fermentation vessels.
ゲオバチルス サーモグルコシダシス NCIMB 11955についての電気穿孔プロトコル
TGP培地中で一晩培養物を増殖させ、等量の20%グリセロールを加え、そして1mlの一定量へと分け、そして-80℃でクリオチューブ中で貯蔵することにより、NCIMB11955の凍結ストックを作成した。250mlのコニカルフラスコ中の50mlのTGPに植菌するために、1mlの当該ストックを使用し、培養物がOD6001.4に達するまで、55℃250rpmでインキュベートした。
Electroporation protocol for Geobacillus thermoglucosidosis NCIMB 11955 Growing overnight cultures in TGP medium, adding an equal volume of 20% glycerol and aliquoting into 1 ml aliquots and in cryotubes at −80 ° C. A frozen stock of NCIMB 11955 was made by storing at. To inoculate 50 ml of TGP in a 250 ml conical flask, 1 ml of the stock was used and incubated at 55 ° C. and 250 rpm until the culture reached OD 600 1.4.
フラスコを氷上で10分間インキュベートし、次に培養物を20分間4℃4000rpmで遠心した。ペレットを50ml氷冷電気穿孔培地中に懸濁し、そして20分間4000rpmで遠心した。さらに3回洗浄を行い(1×25ml及び2×10ml)、次にペレットを1.5ml氷冷電気穿孔培地中に懸濁し、そして60μlの一定量に分ける。 The flask was incubated on ice for 10 minutes, then the culture was centrifuged for 20 minutes at 4 ° C. and 4000 rpm. The pellet was suspended in 50 ml ice-cold electroporation medium and centrifuged for 20 minutes at 4000 rpm. Three more washes are performed (1 × 25 ml and 2 × 10 ml), then the pellet is suspended in 1.5 ml ice-cold electroporation medium and divided into 60 μl aliquots.
電気穿孔のために、1〜2μlのDNAを、氷上に維持されたエッペンドルフチューブ中の60μlのエレクトロコンピテント細胞に加え、そしてゆっくり混合した。この懸濁液をあらかじめ冷却された電気穿孔キュベット(1mm間隙)に移し、そして2500V、10μF容量及び600Ωの抵抗で電気穿孔した。 For electroporation, 1-2 μl of DNA was added to 60 μl of electrocompetent cells in an Eppendorf tube maintained on ice and mixed gently. This suspension was transferred to a pre-cooled electroporation cuvette (1 mm gap) and electroporated with 2500 V, 10 μF capacity and 600 Ω resistance.
パルスをかけたすぐ後に、1mlのTGPを加え、混合し、そして懸濁液をスクリュー式の蓋のチューブに移し、そして52℃で1時間、振盪水浴中でインキュベートした。インキュベート後、懸濁液は、直接撒かれるか(例えば2×0.5ml)又は4000rpmで20分間遠心され、200μl〜500μlのTGPで懸濁し、そして適切な抗生物質を含むTGPアガー上に撒かれた。 Immediately after pulsing, 1 ml of TGP was added, mixed, and the suspension was transferred to a screw-top tube and incubated in a shaking water bath at 52 ° C. for 1 hour. After incubation, the suspension is either sown directly (eg 2 × 0.5 ml) or centrifuged at 4000 rpm for 20 minutes, suspended in 200 μl to 500 μl of TGP and plated on TGP agar containing the appropriate antibiotic. It was.
LDH遺伝子の不活性化
二重交差突然変異
利用可能な11955LDH配列に基づきプライマーを設計した。ノックアウト戦略は、2つのアプローチによりLDH遺伝子内で内部欠失を作成することに基づく。
Inactivation of LDH gene
Primers were designed based on the 11955LDH sequence available for double crossover mutation . The knockout strategy is based on creating internal deletions within the LDH gene by two approaches.
戦略1:LDHコード配列の中間付近の2個の固有制限部位を、欠失を作り出すために用いた。利用可能なLDH配列の大部分をカバーするゲノムDNAから1の大きいPCR産物を作成し、そしてpUC19のマルチプルクローニングサイトのSmaI部位にクローニングした。次にpUC19クローンをBstEII及びBsrGIで順次切断し、そしてクレノー切断後に再ライゲーションして、LDH遺伝子内にBstEIIとBsrGIとの間の内部欠失を作成した。 Strategy 1: Two unique restriction sites near the middle of the LDH coding sequence were used to create the deletion. One large PCR product was generated from genomic DNA covering most of the available LDH sequences and cloned into the SmaI site of the multiple cloning site of pUC19. The pUC19 clone was then sequentially cut with BstEII and BsrGI and religated after Klenow cut to create an internal deletion between BstEII and BsrGI in the LDH gene.
戦略2(実施例2を参照のこと):LDH遺伝子を2個のPCR産物としてクローニングし、オリゴプライマーにNotI部位を導入して、2個のPCR産物が一緒にpUC19にライゲーションすることを可能にし、LDH配列の中間に欠失を作り出した。内部欠失を有する2個のLDH遺伝子を、ゲオバチルス用の潜在的な3個のデリバリーシステムにサブクローニングした。 Strategy 2 (see Example 2): Cloning the LDH gene as two PCR products and introducing a NotI site into the oligo primer to allow the two PCR products to be ligated together to pUC19. A deletion was created in the middle of the LDH sequence. Two LDH genes with internal deletions were subcloned into three potential delivery systems for Geobacillus.
遺伝的戦略情報:相同組替えについてのデリバリーシステムの開発
ノックアウトを作成するために、突然変異された遺伝子を標的生物へとデリバリーし、そして標的「野生型」遺伝子と相同組換えをすることによりゲノムへと組込むように選択される効率的なシステムが必要とされる。原理的に、当該効率的なシステムは、グラム陽性レプリコンを伴わないが、グラム陽性選択可能マーカーを有する大腸菌ベクター上に当該DNAを導入することによって達成できる。これは、高い形質転換効率を必要とする。ゲオバチルス11955用に開発された電気穿孔方法は、pNW33Nを用いて、1μgのDNAあたり3×104形質転換体を作成する。グラム陽性レプリコンは、BGSCカタログのpBC1から得られ、そして配列データベース中のpTHT15から得られる。
Genetic strategy information: Development of a delivery system for homologous recombination To create knockouts , deliver the mutated gene to the target organism and homologous recombination with the target "wild type" gene into the genome There is a need for an efficient system that is selected to incorporate. In principle, the efficient system can be achieved by introducing the DNA onto an E. coli vector without a Gram positive replicon but with a Gram positive selectable marker. This requires high transformation efficiency. The electroporation method developed for Geobacillus 11955 creates 3 × 10 4 transformants per μg of DNA using pNW33N. Gram positive replicons are obtained from pBC1 in the BGSC catalog and from pTHT15 in the sequence database.
pNW33N上のcat遺伝子は、大腸菌とゲオバチルスの両方において選別のために使用される。プラスミドをStratagene XL1r ed 突然変異誘発株を通して継代することにより、pNW33Nの温度感受性突然変異体を作成した。 The cat gene on pNW33N is used for selection in both E. coli and Geobacillus. A temperature sensitive mutant of pNW33N was generated by passaging the plasmid through the Stratagene XL1r ed mutagenized strain.
実施例2
遺伝子置換によるLDH突然変異体の作成
遺伝子置換により、ゲオバチルス サーモグルコシダシウスNCIMB 1955において、LDH遺伝子の安定した突然変異を作成するためにさらなる戦略を設計した。当該戦略は、コード配列の中央部付近の42bp欠失を作成し、そしてこの位置に新規のNot1制限酵素切断部位を導入する7bpを挿入することに関した。この挿入された配列は、下流のフレームシフト突然変異を引き起こすことを意図した。当該戦略は、2個のPCR断片を用い、新規のNotI部位を導入するオリゴプライマーを用いて、欠失を作成することに関した。プライマーは、11955由来のLDHコード領域の部分配列上に基づくように設計された。使用されるプライマーの配列は以下に示される。
Generation of LDH mutants by gene replacement An additional strategy was designed to generate stable mutations of the LDH gene in Geobacillus thermoglucosidasis NCIMB 1955 by gene replacement. The strategy involved making a 42 bp deletion near the middle of the coding sequence and inserting a 7 bp at this position that introduces a new Not1 restriction enzyme cleavage site. This inserted sequence was intended to cause a downstream frameshift mutation. The strategy involved creating deletions using two PCR fragments and using oligo primers that introduce a new NotI site. Primers were designed to be based on a partial sequence of the LDH coding region from 11955. The primer sequences used are shown below.
ゲノムDNAの調製
ゲノムDNAを11955から調製して、PCRについてのテンプレートとして用いた。52℃でTGP培地中で増殖した11955の20mlの一晩培養した培養物から得た細胞を、4000rpmで20分間遠心することにより回収した。細菌ペレットを5mlのSTE緩衝液0.3Mスクロース、25mMトリス塩酸及び25mMEDTA中で懸濁し、2.6mgのライソザイム及び50μlの1mg/mlリボヌクレアーゼAを含有するpH8.0に調節した。これを、30℃で1時間インキュベートし、次に5mgのプロテイナーゼKを加え、そして50μlの10%SDSを加え、1時間37℃でインキュベートした。溶解した培養物を次に連続的に等体積のフェノール/クロロホルムで抽出し、続いてクロロホルムで抽出し、次にイソプロパノールで沈殿した。氷冷70%エタノールで2回洗浄した後に、DNAペレットを0.5mlTE緩衝液中に再溶解した。
Genomic DNA Preparation Genomic DNA was prepared from 11955 and used as a template for PCR. Cells from 11955 20 ml overnight cultures grown in TGP medium at 52 ° C. were harvested by centrifugation at 4000 rpm for 20 minutes. The bacterial pellet was suspended in 5 ml STE buffer 0.3 M sucrose, 25 mM Tris-HCl and 25 mM EDTA and adjusted to pH 8.0 containing 2.6 mg lysozyme and 50
LDH欠失コンストラクトの作成
Robocycler Gradient96(Stratagene)を用いてPCRを行った。そして反応条件は以下のとおりである:サイクル1;95℃で5分間変性、47℃で1分間アニーリング、72℃で2分間伸張、サイクル2-30回;95℃で1分間変性、47℃で1分間アニール、72℃で2分間伸張、そしてさらに72℃で5分間インキュベート。使用される酵素は、Pfuポリメラーゼ(Promega)及びTaqポリメラーゼ(New England Biolabs, NEB)の等量混合物であった。使用される緩衝液及びdNTP組成及び濃度は、販売元によりPfuについて推奨されているものであった。NCIMB11955由来のゲノムDNAをテンプレートとして用いて得られたPCR産物は、アガロースゲル電気泳動により精製され、そして、QIAquick Gel Extraction Kit(Qiagen)を用いることによりアガロースゲルから溶出される。精製されたPCR産物を、前もってSmaIで切断されたpUC19(New England Biolabs)にライゲーションし、そしてライゲーション混合物を、大腸菌DH10B(Invitrogen)を形質転換するために使用した。アンピシリン耐性のコロニーを選別し、そして含まれたプラスミドが単離され、そして制限酵素分析により特徴付けられ、そしてインサートの向きを確認した。
Preparation of LDH deletion construct PCR was performed using a Robocycler Gradient 96 (Stratagene). The reaction conditions are as follows:
pUC19に挿入された断片2を有するプラスミド(pTM002)(pUC19のマルティプルクローニングサイト(mcs)中のPstI部位の最も近くにプライマー4上に導入された新規のPstI部位を有する)をNotI及びPstIで切断した。得られた断片(約0.4kb)を、プラスミドを直線化するためにNotI及びPstIで切断された断片1を有するpUC19プラスミド(pTM001)にライゲーションした。このライゲーション混合物を大腸菌DH10Bを形質転換するために使用した。アンピシリン抵抗性のコロニーを選択し、そして含まれるプラスミドを単離し、そして制限酵素分析により特徴決定した。所望されるコンストラクト(LDHコード領域は欠失と導入されたNotI部位有する)についての予期される制限酵素パターンを有するプラスミド(pTM003)を同定し、そしてM13mp18リバース及びフォワードプライマーを用いて配列決定することにより確かめた。
Cleave the plasmid (pTM002) with
突然変異されたLDH遺伝子を、HindIII及びEcoRIでの切断により、pTM003から切り出し、そしてアガロースゲル電気泳動により精製し、続いてQIAquickゲル切り出しキットを用いてアガロースから(約0.8kb断片として)溶出した。当該断片を、クレノーポリメラーゼ(NEB、製品説明書に従う)で処理して、平滑末端を作成し、そしてpUB190ベクターに導入した。これは、XbaIで切断し、次にクレノー処理し、続いて上で記載されるようにゲル精製することにより直線化されたpUB190と平滑末端ライゲーションすることにより達成された。ライゲーション混合物は、大腸菌SCS110(Stratagene)を形質転換するために使用した。アンピシリン耐性コロニーを選別し、そして含まれるプラスミドを単離し、そして制限酵素分析により特徴決定した。切断コンストラクトについて予期される制限酵素パターンを有するプラスミド(pTM014)を同定し、そして実施例1に記載されるように電気穿孔プロトコルを用いて電気穿孔することにより、NCIMB11955を形質転換するために使用した。 The mutated LDH gene was excised from pTM003 by digestion with HindIII and EcoRI and purified by agarose gel electrophoresis, followed by elution from agarose (as an approximately 0.8 kb fragment) using the QIAquick gel excision kit. . The fragment was treated with Klenow polymerase (NEB, according to product instructions) to create blunt ends and introduced into the pUB190 vector. This was achieved by blunt end ligation with pUB190 linearized by cutting with XbaI, then Klenow, followed by gel purification as described above. The ligation mixture was used to transform E. coli SCS110 (Stratagene). Ampicillin resistant colonies were selected and the contained plasmid was isolated and characterized by restriction enzyme analysis. A plasmid (pTM014) having the expected restriction enzyme pattern for the cleavage construct was identified and used to transform NCIMB 11955 by electroporation using an electroporation protocol as described in Example 1. .
二重交差による遺伝子置換LDH突然変異体の作成と特徴決定
この様式で得られたpTM014の推定の第一組込み体(primary integrant)を用いて二重組換え体を得た(遺伝子置換)。これは、TM15をカナマイシンを含まないTGP培地中で連続的に継代することにより達成された。5回の継代振盪培養物を用い、54℃で8時間から52℃で16時間に変更し、250rpmで5mlのTGPを入れた50mlチューブ(Falcon)を用い、各段階で1%のトランスファーを用いた。これらの5回の継代の後に、得られた培養物をTGP中で連続的に希釈し、そして54℃でのインキュベートのために100μlのサンプルをTGPアガープレートに撒いた。12μg/mlのカナマイシンを含むTGPアガー上に得られたコロニーをレプリカ-プレートを用いて、カナマイシン感受性のコロニーを同定した。精製するためにアガー上に単一のコロニーをストリーキングしたのちに、これらのカナマイシン感受性誘導株を、乳酸産生について試験し、そして予期されるように、LDH+及びLDH-の混合物であることが証明された。1のLDH-誘導株であるTM89は、さらにPCR及びサザンブロットにより特徴付けられた。
Generation and characterization of gene replacement LDH mutants by double crossover A double recombinant was obtained using the putative primary integrant of pTM014 obtained in this manner (gene replacement). This was achieved by serial passage of TM15 in TGP medium without kanamycin. Using 5 passage cultures, change from 8 hours at 54 ° C. to 16 hours at 52 ° C., and use 50 ml tubes (Falcon) with 5 ml TGP at 250 rpm and 1% transfer at each stage. Using. After these 5 passages, the resulting cultures were serially diluted in TGP and 100 μl samples were plated on TGP agar plates for incubation at 54 ° C. Colonies obtained on TGP agar containing 12 μg / ml kanamycin were identified using replica-plates to identify kanamycin sensitive colonies. After streaking a single colony on agar for purification, these kanamycin sensitive derivative strains were tested for lactic acid production and proved to be a mixture of LDH + and LDH − as expected. It was done. 1 of LDH - a derivative strain TM89 was characterized by further PCR and Southern blot.
ゲノムDNAをTM15(第一組込み体)及びTM89(推定の二重組換え体LDH-)から製造し、そして上で記載される条件を用いて、プライマー1及び4を使用してPCR用のテンプレートとして使用した。11955由来のゲノムDNAを対照として用いた。PCR産物(約0.8kbバンドを全ての3個のテンプレートから得た)をアガロースゲル電気泳動により精製し、そしてQIAquickゲル抽出キットを用いてアガロースゲルから溶出した。サンプルをNotIで切断し、そして0.7%アガロースゲル上で電気泳動して生成物を可視化した。11955のPCR産物は、予期される様にNotI切断の証拠を示さない一方、TM89のPCR産物は、0.4kb付近の2個のバンドを与え、突然変異されたアレルを有する野生型の遺伝子の置換を指す。第一の組み込み体であるTM15のPCR産物のNotI切断は、主に、TM89で見られる2個のバンドと、微量の未切断バンド(0.8kb)について、2個のバンドを与える。これは、TM15ゲノムDNAのサザンロットで得られる結果により説明できる。
Genomic DNA is produced from TM15 (first integrant) and TM89 (putative double recombinant LDH − ) and using
11955のゲノムDNA、TM15及びTN89をNotI、PstI及びNotI、並びにHindIII及びNotIで切断し、そしてアガロースゲル電気泳動にかけた。DNAを正に荷電されたナイロン膜(Roche)に転写し、そしてDIG標識プローブとハイブリダイズさせた。当該DIG標識プローブは、製品説明書(Roche Molecular Biochemicals DIG 増幅マニュアル)に従ってプライマー1及び4をDIG標識dNTPと供に用いて11955LDH遺伝子をPCRすることにより作成された。ハイブリッドを形成したバンドを、市販される検出キットを用いて可視化した(Roche)。サザンブロットにより、TM15のNotI切断における約7.5kbの多く増幅されたバンド、HindIII/NotI及びPstI/NotIのTM15切断における約7及び0.4kbの同様に増幅されたバンドの証拠を示し、第一組込み体におけるLDH位で組み込まれたpTM014の複数のタンデムコピーの組込みを指し示す。3個全ての制限酵素切断について、TM89は、11955に比較して追加されたハイブリダイズしているバンドを示す異なる制限酵素パターンの証拠を示し、遺伝子置換と一致した。TM89は、以下に記載されるように寄託番号第41275号で寄託された。
11955 genomic DNA, TM15 and TN89 were cut with NotI, PstI and NotI, and HindIII and NotI, and subjected to agarose gel electrophoresis. DNA was transferred to a positively charged nylon membrane (Roche) and hybridized with a DIG-labeled probe. The DIG-labeled probe was prepared by PCR of the 11955 LDH
実施例3
野生型好熱菌によるエタノール生産
再現性のある増殖及び生成物の生産は、野生型好熱菌について、流加培養(fed batch)及び連続培養で達成された。表1、2、及び3は、発酵過程において使用される条件を示す。
Example 3
Reproducible growth of ethanol production and product production by wild type thermophile was achieved for the wild type thermophile in fed batch and continuous culture. Tables 1, 2 and 3 show the conditions used in the fermentation process.
実施例4
好熱菌によるエタノール生産の増加
標的であるエタノール収率及び生産力を達成するために、ldh遺伝子の不活性化によりL-乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)のノックアウトを通して乳酸産生は最小化された。ldh遺伝子を不活性化するために2つのアプローチが取られた:マーカーDNAの染色体のldh領域への一重交差組換えをして転写を防止すること、又は当該遺伝子領域内に突然変異体を作り出すためのDNAのldh遺伝子への相同領域への二重組換えをして遺伝子を機能しないものとすることである。
一重交差アプローチは、野生型株(NCIMB11955)と比べた場合、エタノール生産の増加を示すLDH陰性突然変異体を迅速に作成した。
Example 4
Lactic acid production was minimized through knockout of L-lactate dehydrogenase (LDH) by inactivation of the ldh gene to achieve ethanol yield and productivity, an increased target of ethanol production by thermophiles . Two approaches have been taken to inactivate the ldh gene: single crossover recombination of the marker DNA into the ldh region of the chromosome to prevent transcription, or create a mutant within that gene region. For this purpose, double recombination into the homologous region of the ldh gene of the DNA is to make the gene nonfunctional.
The single crossover approach quickly generated LDH negative mutants that showed increased ethanol production when compared to the wild type strain (NCIMB 11955).
LDH突然変異体によるエタノール生産の改善
LDH活性のノックアウトから得られるエタノール生産の増加を計測するために作られた最小培地中で、LDH陰性突然変異体を流加培養で増殖させた。LDH突然変異体の代謝プロファイルの変化が表5に示され、野生型株の最適エタノール生産と比較される。2つのLDH突然変異株の代謝産生プロファイルが図1及び図2において示される。表6は、LDH活性のノックアウトにより引き起こされるエタノール生産の増加を示す。
Improvement of ethanol production by LDH mutants LDH negative mutants were grown in fed-batch culture in minimal medium made to measure the increase in ethanol production resulting from knockout of LDH activity. Changes in the metabolic profile of LDH mutants are shown in Table 5 and compared to the optimal ethanol production of the wild type strain. Metabolic production profiles of two LDH mutants are shown in FIGS. Table 6 shows the increase in ethanol production caused by the knockout of LDH activity.
LDH突然変異は、野生型に比べて有意に高いエタノール収量を産生し、これらの好熱菌の代謝をうまく経路変更したことを示す。LDH突然変異株についての培養条件と培地内容物の更なる最適化は、高いエタノール収率をもたらす。 The LDH mutation produced significantly higher ethanol yields compared to the wild type, indicating that the metabolism of these thermophiles was successfully rerouted. Further optimization of the culture conditions and medium contents for the LDH mutant results in high ethanol yields.
連続培養におけるLDH突然変異体によるエタノール生産
最も安定な一重交差乳酸突然変異体は、連続培養において増殖して、エタノール生産菌としてのその長期間の安定性を評価する。当該株をグルコースを炭酸源として有する最小培地中で培養した。乳酸産生への逆戻りをするまでに、定常培養が約290時間観測された。
Ethanol production by LDH mutants in continuous culture The most stable single crossed lactic acid mutant grows in continuous culture and evaluates its long-term stability as an ethanol producing bacterium. The strain was cultured in a minimal medium with glucose as a carbonate source. A steady culture was observed for about 290 hours before reverting to lactic acid production.
実施例5
二重交差突然変異体TM89(実施例2)を、実施例4に記載されるエタノール生産についてアッセイした。結果を表8に示し、そして突然変異体が、かなりのレベルのエタノール生産を達成したということを示す(200mM超)。突然変異体は、グルコース又はキシロースを炭素源として使用するエタノール生産について評価される。結果を表7に示す。
Example 5
Double cross mutant TM89 (Example 2) was assayed for ethanol production as described in Example 4. The results are shown in Table 8 and indicate that the mutant achieved significant levels of ethanol production (greater than 200 mM). Mutants are evaluated for ethanol production using glucose or xylose as a carbon source. The results are shown in Table 7.
グルコースは、最良の炭素源として示されたが、当該微生物がさらなる改変をすることなく、キシロースを発酵できるということがこの結果により明らかに示される。 Glucose has been shown as the best carbon source, but this result clearly shows that the microorganism can ferment xylose without further modification.
乳酸デヒドロゲナーゼ陰性突然変異体の安定性は、1500時間の期間にわたり連続培養において様様な条件下で試験された。結果を図6に示し、そして、乳酸デヒドロゲナーゼ陰性表現型が、培養物へのかなりのチャレンジにもかかわらず、安定なままであり、そして当該表現型に留めるために抗生物質選別に依存していないということを示す。この連続的な実行の間に、希釈率は、0.1hr-1〜0.5hr-1で変わり、そして培養を有酸素(空気)及び無酸素(N2)条件との間で変化させたが、乳酸濃度において変化がなかった。さらに重要なことに、培養物のpHを変化させ、そして野生型生物の増殖の通常のpH範囲から外れているpHであるpH4.4に低下させたが、培養物は、表現型において何ら変化を示さずすぐに正常な状態に戻った。つまり乳酸濃度は変化しなかった。 The stability of lactate dehydrogenase negative mutants was tested under different conditions in continuous culture over a 1500 hour period. The results are shown in FIG. 6 and the lactate dehydrogenase negative phenotype remains stable despite considerable challenge to the culture and does not rely on antibiotic selection to remain in the phenotype It shows that. During this continuous run, dilution ratio will vary with 0.1hr -1 ~0.5hr -1, and changing the culture between aerobic (air) and anoxic (N 2) Conditions However, there was no change in lactic acid concentration. More importantly, the pH of the culture was changed and lowered to pH 4.4, a pH that was outside the normal pH range of wild-type organism growth, but the culture changed in phenotype. Immediately returned to normal without showing. That is, the lactic acid concentration did not change.
本明細書にTM89と定義される微生物及びプラスミドpUB190ldhは、それぞれNCIMB寄託番号第41275号及び41276号で寄託された。寄託機関は、NCIMB Ltd, Ferguson Building, Craibstone Estate, Bucksburn, Aberdeen, AB21 9YA, United Kingdomである。 The microorganism defined herein as TM89 and the plasmid pUB190ldh were deposited under NCIMB accession numbers 41275 and 41276, respectively. The depositary institutions are NCIMB Ltd, Ferguson Building, Craibstone Estate, Bucksburn, Aberdeen, AB21 9YA, United Kingdom.
本発明は添付の図面を参照して記載される。 The present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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